本文關(guān)鍵詞： 多旋翼無人機(jī) 變量噴施 風(fēng)洞試驗(yàn) 霧滴沉積 飄移規(guī)律 仿真模擬　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：霧滴在氣流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是氣液兩相流運(yùn)動(dòng),其沉積特性與氣流場(chǎng)參數(shù)、霧滴屬性、噴頭—靶標(biāo)相對(duì)位置等特征參數(shù)密切相關(guān)。目前,無人機(jī)霧滴沉積規(guī)律研究多采用田間試驗(yàn)的方法,實(shí)際結(jié)果受氣象條件、人為因素影響較大,且試驗(yàn)多采用單因素方法,難以全面、深入的探討無人機(jī)霧滴沉積規(guī)律及其影響機(jī)制。為了提高多旋翼植保無人機(jī)霧滴沉積效率,本文采用多因素模擬仿真與多參數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方法,開展了變量噴施條件下無人機(jī)霧滴沉積規(guī)律的研究工作,主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:第一,采用CFD(Computational Fluid Dynamics,計(jì)算流體力學(xué))數(shù)值模擬技術(shù),開展了多旋翼植保無人機(jī)多因素沉積規(guī)律仿真研究。本文以實(shí)際風(fēng)洞為對(duì)象,建立了 8 m×2m×2m的三維氣場(chǎng)空間,通過設(shè)置邊界條件與模擬參數(shù),開展了不同氣流速度、噴霧高度、霧滴粒徑、噴頭噴施角度條件下霧滴沉積規(guī)律的研究工作。結(jié)果表明:霧滴的沉積以正態(tài)曲線形式分布在噴頭下方,氣流速度、噴霧高度、噴頭噴施角度相對(duì)于霧滴粒徑對(duì)霧滴沉積規(guī)律影響顯著。第二,設(shè)計(jì)了基于PWM(Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制技術(shù))的變量噴施測(cè)控系統(tǒng),開發(fā)了柔性化測(cè)控平臺(tái),為開展變量噴施條件下無人機(jī)的沉積規(guī)律研究提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。多旋翼植保無人機(jī)在藥液噴施過程中,旋翼產(chǎn)生的向下氣流將對(duì)霧滴沉積飄移產(chǎn)生明顯的影響,而單位時(shí)間藥液噴施量及其沉積量,是評(píng)價(jià)噴施作業(yè)系統(tǒng)效率的重要依據(jù)。為了研究變量噴施工況下霧滴的沉積規(guī)律,本文設(shè)計(jì)了基于多旋翼植保無人機(jī)平臺(tái)的變量噴施系統(tǒng),主要包括多旋翼植保無人機(jī)、藥箱、微型隔膜泵、離心噴頭、PWM控制器、遠(yuǎn)程通訊模塊等單元,實(shí)現(xiàn)了噴施狀態(tài)和噴施參數(shù)的遠(yuǎn)程控制;同時(shí),為開展不同作業(yè)工況下噴施規(guī)律的研究,基于虛擬儀器技術(shù)和軟件復(fù)用設(shè)計(jì)思想,開發(fā)了柔性化測(cè)控軟件平臺(tái),能夠針對(duì)不同噴施條件,快速實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)的搭建和配置。第三,利用開發(fā)的變量噴施測(cè)控系統(tǒng),開展了風(fēng)洞環(huán)境下多旋翼植保無人機(jī)噴施霧化特性及霧滴沉積規(guī)律試驗(yàn)研究。為了實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中氣流場(chǎng)特性、霧滴屬性、噴施位置等多參數(shù)的可控性,將多旋翼植保無人機(jī)及變量噴施系統(tǒng)固定于風(fēng)速可調(diào)的風(fēng)洞,實(shí)現(xiàn)在可控多風(fēng)速條件下開展沉積規(guī)律的研究。在試驗(yàn)過程中,首先利用激光粒度儀對(duì)霧化盤霧化數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)取;在霧化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開展了包含旋翼風(fēng)場(chǎng)、飛行高度、風(fēng)速、霧滴粒徑、噴施角度等多個(gè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積規(guī)律的影響研究,通過方差分析得出了各參數(shù)對(duì)霧滴沉積飄移的預(yù)測(cè)模型。試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)噴霧量范圍為280mL/min～791mL/min,噴霧量與系統(tǒng)占空比和噴頭類型成線性相關(guān),R2在0.99附近;霧滴粒徑變化范圍在101.64μm～260.16μm之間,占空比和離心噴頭霧化盤轉(zhuǎn)速是影響霧滴粒徑的主要因素;霧滴出口速度與離心噴頭霧化盤轉(zhuǎn)速成線性相關(guān)。風(fēng)速、飛行高度、霧滴粒徑是影響沉積規(guī)律的極顯著因素,旋翼風(fēng)是顯著因素,噴頭噴施角度不具有顯著性;各因素對(duì)沉積規(guī)律的影響次序?yàn)轱L(fēng)速飛行高度霧滴粒徑旋翼風(fēng)噴頭噴施角度�；诒疚难兄频亩嘈碇脖o人機(jī)變量噴施測(cè)控系統(tǒng),結(jié)合多因素模擬仿真結(jié)果,在風(fēng)洞環(huán)境下研究了可控參數(shù)下的霧滴沉積規(guī)律,其結(jié)果可為無人機(jī)田間噴灑作業(yè)時(shí)的工況條件(如飛行高度控制、緩沖區(qū)設(shè)置、環(huán)境風(fēng)場(chǎng)抵御等)、噴施參數(shù)(噴施角度、單位噴施量)和霧滴沉降區(qū)域預(yù)測(cè)(位置、區(qū)域面積)等提供技術(shù)支撐。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S252.3

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本文編號(hào)：1464455